KR102336470B1 - 수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

해저면으로부터 해수면 상의 선박으로 물질을 펌핑하는 방법이, 생산 도구를 사용하여 해저면으로부터 물질을 수집하는 단계, 수직관 전달 파이프를 포함하는 수직관으로 생산 도구를 선박에 연결하는 단계, 및 생산 도구와 선박 사이에 배치되며 그리고 수직관 전달 파이프에 의해 생산 도구에 부착되는 해저 슬러리 인양 펌프를 사용하여, 생산 도구로부터 선박으로 물질을 펌핑하는 단계를 포함한다. 방법은, 생산 도구를 향해 수직관 전달 파이프 내로 슬러리 인양 펌프를 통해 해수를 유동시킴에 의해, 수직관 전달 파이프를 역류 세척하는 단계를 더 포함한다.

Description

수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위한 시스템 및 방법
본 출원은, 모든 목적을 위해 그의 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는, 2016년 3월 2일 출원된, 출원계속 중인 미국 가출원번호 제62/302,486호에 대한 우선권 및 이익을 주장한다.
본 발명은, 일반적으로 해저 응용 분야에 사용되는 장비에 관한 것으로, 특히 해저 채굴 작업을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특정 해저 채굴 작업 도중에, 물질은 일반적으로, 해저면에서 절단되며, 그리고 인양 펌프를 사용하여 수면 선박으로 인양된다. 일부의 경우에, 수집 도구가, 물질을 잡을 수 있으며, 이는 이어서, 수직관 전달 파이프(riser transfer pipe) 및 수직관(riser)을 통해 수면 선박으로 이송된다. 인양 펌프는, 수직관 전달 파이프와 수직관 사이에 배치될 수 있다. 물질은, 수직관 전달 파이프를 통해 수집 도구로부터 펌프로 당겨질 수 있으며, 그리고 이어서 펌프에 의해 수직관을 통해 선박으로 밀리게 될 수 있다.
일반적으로, 물질은, 해수 또는 다른 유체와 혼합되는 해저면으로부터 채굴된 고체형 물질을 포함하는, 슬러리의 형태로 수직관 전달 파이프를 통해 유동한다. 그러나, 슬러리의 본성은, 가끔씩 수직관 전달 파이프가 막히거나, 또는 그렇지 않으면 유동이, 슬러리 내에서 크거나 불규칙한 형상의 물질 입자들의 통과에 의해, 또는 슬러리 내에서 다수의 물질 조각의 서로 간의 접착에 의해, 감소될 수 있다는 것이다. 수직관 전달 파이프를 통한 슬러리 유동의 그러한 막힘 및 감소는, 작동을 재개하기 위해 수직관 전달 파이프를 청소하기 위한, 값비싼 중단 시간으로 이어질 수 있다.
본 개시의 하나의 실시예가, 해저면으로부터 선박으로 물질을 펌핑하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은, 해저면 상의 물질을 수집하기 위한 해저 생산 도구, 해저 생산 도구에 의해 수집된 물질을 수용하기 위해 해저 생산 도구와 소통 상태에 놓이는 해수면 상에 배치되는 선박, 및 선박에 부착되며 해저면을 향해 연장되는 수직관을 포함한다. 시스템은 또한, 해저면 상에서 수집된 물질을 수직관을 통해 선박으로 펌핑하기 위해 수직관 및 해저 생산 도구와 소통 상태에 놓이는 인양 펌프, 및 해저 생산 도구와 인양 펌프를 연결하는 수직관 전달 파이프를 포함한다. 인양 펌프는, 수직관 전달 파이프에 부착되는 슬러리 유입 라인, 수직관에 부착되는 슬러리 복귀 라인 및, 슬러리 유입 라인 및 슬러리 복귀 라인을 통해 수직관 전달 파이프로부터 수직관 내로 물질을 펌핑하기 위한, 슬러리 유입 라인과 슬러리 복귀 라인 사이의 펌프 챔버를 포함한다. 부가적으로, 인양 펌프는, 펌프 챔버를 구동하기 위한 해수를 제공하기 위해 펌프 챔버와 유체 소통 상태에 놓이는 해수 공급 라인, 및 슬러리 유입 라인과 해수 공급 라인 사이의 유체 소통을 선택적으로 허용하기 위한 슬러리 유입 라인과 해수 공급 라인 사이의 역류 세척 밸브(backflush valve)를 포함하여, 해수가, 수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위해, 슬러리 유입 라인 및 수직관 전달 파이프에 진입할 수 있도록 한다.
본 개시의 다른 실시예가, 해저면으로부터 해수면 상의 선박으로 물질을 펌핑하는 방법을 제공한다. 방법은, 생산 도구를 사용하여 해저면으로부터 물질을 수집하는 단계, 수직관 전달 파이프를 포함하는 수직관으로 생산 도구를 선박에 연결하는 단계, 및 생산 도구와 선박 사이에 배치되며 그리고 수직관 전달 파이프에 의해 생산 도구에 부착되는 해저 슬러리 인양 펌프를 사용하여, 생산 도구로부터 선박으로 물질을 펌핑하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 생산 도구를 향해 수직관 전달 파이프 내로 슬러리 인양 펌프를 통해 해수를 유동시킴에 의해, 수직관 전달 파이프를 역류 세척하는 단계를 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시예가, 해저 채굴 작업 도중에 수직관 전달 파이프를 청소하는 방법을 포함한다. 방법은, 해저면으로부터 물질을 수집하기 위한 생산 도구, 물질을 운반하기 위한 선박, 및 수직관 전달 파이프를 포함하는 수직관을 통해 생산 도구로부터 선박으로 물질을 펌핑하기 위한 해저 슬러리 인양 펌프를 제공하는 단계, 및 생산 도구를 향해 수직관 전달 파이프 내로 슬러리 인양 펌프를 통해 해수를 유동시킴에 의해 수직관 전달 파이프를 역류 세척하는 단계를 포함한다.
본 개시는, 비제한적인 실시예들에 대한 뒤따르는 설명을 읽음으로써, 그리고 첨부되는 도면들을 참조함으로써, 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은, 본 개시의 실시예에 따른, 해저 슬러리 인양 펌프(subsea slurry lift pump: SSLP) 및 수직관 전달 파이프(riser transfer pipe: RTP)를 포함하는 해저 생산 작업의 전체 시스템 도면이고;
도 2는 SSLP의 밸브들 및 유체 라인들을 도시하는 개략적 유압 계통도이며;
도 3은 충진 사이클에서의 본 개시의 실시예에 따른 펌핑 시스템을 도시하는 개략적 계통도이고;
도 4는 압축 사이클에서의 도 3의 펌핑 시스템을 도시하는 개략적 계통도이며; 그리고
도 5는, 충진 사이클 및 압축 사이클이 중첩되는 상태에서의 도 3 및 도 4의 펌핑 시스템을 도시하는 개략적 계통도이다.
본 개시에 대한 상기한 양태들, 특징들 및 이점들이, 동일한 참조 부호들이 동일한 요소들을 지시하는, 첨부 도면들 및 바람직한 실시예들에 대한 뒤따르는 설명을 참조하여 고려될 때, 더욱 인식될 것이다. 첨부 도면들에 도시되는 본 개시의 바람직한 실시예들을 설명함에 있어서, 특정 전문용어가, 명료함을 위해 사용될 것이다. 그러나, 본 발명은, 사용되는 특정 용어에 국한되도록 의도되지 않으며, 그리고 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 보조 절삭기(12), 벌크 절삭기(bulk cutter)(14), 및 수집 기계(16)와 같은 해저 생산 도구들(10)을 포함하는, 해저 생산 작업의 전체 시스템 도면을 도시한다. 해저 생산 도구들(10) 중의 하나 이상이, 수직관 전달 파이프(RTP)(20)에 의해 해저 슬러리 인양 펌프(SSLP)(18)에 연결된다. SSLP(18)는 순차적으로, 수직관(21)의 바닥 단부에 부착된다. 수직관(21)은, SSLP(18)를 해수면(24)의 생산 지원 선박(production support vessel: PSV)(22)에 연결한다.
실제로, 해저면 생산 도구들(10)은, 해저면(26)으로부터 물질을 수확하기 위해 조합된다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 보조 절삭기(12) 및 벌크 절삭기(14)가, 해저면(26)으로부터 물질을 분리하기 위한 절삭 프로세스를 활용할 수 있을 것이다. 보조 절삭기(12)는, 예를 들어, 예를 들어 벤치들(bench) 또는 단차부들(step)을 매끄러운 지형으로 절삭함에 의해, 거친 지형을 매끄럽게 할 수 있을 것이다. 보조 절삭기(12)는, 트랙들(28)을 구비할 수 있으며 그리고, 절삭에서의 가요성을 위해 이동 또는 회전을 가능하게 하는 절삭 헤드(30)를 구비할 수 있을 것이다. 벌크 절삭기(14)는 예를 들어, 보조 절삭기(12)보다 더 큰 절삭 능력을 구비하며 그리고, 보조 절삭기(12)에 의해 생성되는 벤치들 또는 단차부들 상에서 절삭 작업하도록 설계될 수 있을 것이다. 보조 절삭기(12)와 마찬가지로, 벌크 절삭기(14)는, 트랙들(32) 및 가요성 절삭 헤드(34)를 구비할 수 있다. 보조 절삭기(12) 및 벌크 절삭기(14) 양자 모두, 수집 기계(16)에 의한 수집을 위해 해저면(26) 상에 절삭된 물질을 남길 수 있을 것이다.
수집 기계(16)는, 보조 절삭기(12) 및 벌크 절삭기(14)와 마찬가지로, 로봇형 차량일 수 있으며, 그리고 보조 절삭기(12) 및 벌크 절삭기(14)에 의해 해저면(26)으로부터 절삭된 물질을 수집하는 역할을 한다. 작업의 장소에 의존하여, 해저면으로부터 절삭된 물질은, 모래, 자갈, 미사(silt) 또는 임의의 다른 물질일 수 있다. 수집 기계(16)는, 절삭된 물질을 해수와 조합함에 의해 그리고 절삭된 물질을 해수 슬러리의 형태로 기계 내로 흡인함에 의해, 절삭된 물질을 수집한다. 해수 슬러리는 이어서, RTP(20)를 통해, 수집 기계(16)로부터 SSLP(18)로 흡인된다. 수집 기계(16)는 또한, 트랙들(36), 및 가요성 수집 헤드(38)를 구비할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, SSLP(18)는, RTP(20)로부터 슬러리를 수용하기 위해 그리고 수직관(21) 위로 해수면(24)의 PSV(22)로 슬러리를 펌핑하기 위해 함께 작용하는, 각각 이하에 더욱 상세하게 설명되는, 다수의 펌핑 메커니즘들, 밸브들, 및 유체 라인들을 포함한다. 가끔씩, RTP(20)를 통한 슬러리의 유동이, 특히 크거나 불규칙한 형상의 절삭물들, 해수 혼합물임에도 함께 접합되어 유지되는 절삭물 등과 같은, 다양한 이유로 느려지거나 또는 중단될 수 있을 것이다. RTP(20)를 통한 슬러리 유동의 감소와 같은 경우에, SSLP(18)는, 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 적절한 유동을 복원하기 위해 RTP(20)를 역류 세척하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예에 따르면, PSV(22)는, 비록 다른 실시예에서 대안적으로 예를 들어 플랫폼일 수 있지만, 배(ship)일 수 있다. PSV(22)는, 문 풀(40)을 구비할 수 있으며, 이를 통해 SSLP(18) 및 수직관(21)이 설치 도중에 조립될 수 있으며 그리고 전개될 수 있다. 일단 슬러리가 PSV(22)에 도달하면, 슬러리는 탈수될 수 있으며, 그리고 이어서 잔류하는 건조 물질은, 선체 내에 임시로 저장되거나 또는 선적을 위해 운송 선박 상에 적재될 수 있다. 탈수 프로세스에서 빠져나가는 해수는, 해저면(26)으로 다시 펌핑되는 것을 포함하는, 임의의 용인 가능한 방식으로 폐기될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 해수는, SSLP(18)의 작동을 위한 유압 동력을 제공하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
SSLP(18) 자체는, PSV(22)로부터의 해수에 의해 동력을 제공받도록 설계될 수 있을 것이다. 그러한 장비는, 펌프의 원동기가 서비스 및 수리의 용이함을 위해 PSV(22) 상에 위치하게 되는 것을 허용하기 때문에, 유익하다. SSLP(18)의 해저 구성요소들이, 예를 들어 도 2에, 도시되며, 그리고 펌프 챔버들(42a-j) 및 격리 밸브들(44)을 포함한다. 격리 밸브들(44)은, 해수 공급 라인들(46), 슬러리 유입 라인들(47), 슬러리 복귀 라인들(48), 및 해수 배출 라인들(49)에 의해 상호 연결되며, 그리고 유압식으로 구동될 수 있다. 또한 도 2에, 제1 격리 밸브(51) 및 제2 격리 밸브(53)가 도시된다. 제1 격리 밸브(51) 및 제2 격리 밸브(53)는 각각, 해수 공급 라인들(46)에 제공되며 그리고, 해수 제어 라인들(46) 중의 특정의 것을 통한 특정의 펌프 챔버(42) 또는 펌프 챔버들(42)의 그룹으로의, 해수의 유동을 제어할 수 있다. 제1 격리 밸브(51) 및 제2 격리 밸브(53)는, SSLP(18)를 통한 유동을 제어하는데 중요한 역할을 한다. 도 2는 또한, RTP(20)(도 1에 도시됨)와 슬러리 유입 라인들(47) 사이의 연결 지점(57)에 인접한 유입 압력 센서(55)뿐만 아니라, 초크 압력 제어 또는 방출(dump) 밸브(59), 및, 역류 세척 작동의 경우에 해수 공급 라인들(46)과 슬러리 유입 라인들(47) 사이에서 유동을 제어하는, 역류 세척 밸브(61)를 도시한다.
실제로, 방출 밸브(59)는, SSLP(18)의 여러 유체 라인들 내부의 압력을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 슬러리 유입 압력은, 압력 센서(55)를 사용하여 결정될 수 있다. 슬러리 유입 압력이 최대 사전 결정 설정점에 도달하는 경우, 방출 밸브(59)는, 시스템으로부터 해수를 배출하기 위해 개방될 수 있다. 슬러리 유입 압력이 최소 설정점 아래로 떨어지는 경우, 방출 밸브(59)는 폐쇄될 수 있다. 더불어, 사이클 프로세스가 사전 결정 설정점을 초과하는 경우, 방출 밸브(59)는 개방을 유지할 수 있으며, 그리고 작업자는 경고를 받을 수 있다.
각 펌프 챔버(42)는, 일반적으로 탄성 소재로 이루어지는, 다이어프램(43)(도 3 내지 도 5에 도시됨)을 수용하며, 그리고 다이어프램은, 펌프 챔버(42) 내부에 펌핑될 유체(예를 들어, 슬러리)와 작동 유체(예를 들어, 해수) 사이의 장벽을 제공한다. 실제로, 작동 유체, 또는 해수는, 해수 공급 라인들(46)을 통해 펌프 챔버들(42)에 진입하며, 결국 펌핑될 유체 또는 슬러리를 슬러리 복귀 라인(48) 위로 밀어 올리는, 펌프 챔버(42) 내부에서의 다이어프램 운동을 생성한다. 그러한 펌핑 작용이 도 3 내지 도 5에 더욱 구체적으로 도시된다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 각 펌프 챔버(42a-c)는, 펌프 챔버들(42a-c) 내로의 그리고 밖으로의 유동을 제어하기 위한 4개의 격리 밸브(44)를 갖도록 마련된다. 각 펌프 챔버(42a-c)는, 슬러리 유입 라인(47), 슬러리 복귀 라인(48), 해수 공급 라인(46), 및 해수 배출 라인(49)에 연결된다. 펌프 챔버들(42a-c)은 또한 각각, 개별적으로 펌프 챔버들(42a-c) 내부의 압력이 방출 압력 또는 충진 압력에 맞추기 위해 상승 또는 하강되는 것을 허용하도록 설계되는, 압축 밸브들 및 압축 해제 밸브들(50)(도 2에 도시됨)을 갖도록 마련된다. 특정 실시예에서, 격리 밸브들(44)은, 펌프 챔버들(42a-c)이 중첩 방식의 펌핑 작용을 통해 순환하도록, 시간 설정될 수 있으며, 그로 인해 SSLP(18)의 유입 측부 및 배출 측부 양자 모두에서 실질적으로 맥동 없는 유동을 달성하도록 돕는다. 도 3 내지 도 5에서, 도시된 펌프 챔버들(42a-c)의 개수는, 간결함을 위해, 3개이다. 그러나, 실제로, 펌프 챔버들(42)은 10개(도 2에 도시됨)까지 늘어날 수 있거나, 또는 특정 작동을 위한 임의의 다른 적절한 개수일 수 있다.
도 3을 참조하면, 충진 사이클 상태의 펌핑 시스템이 도시된다. 충진 사이클 도중에, 가장 좌측 펌프 챔버(42a)는, 양자 모두 개방되는 제1 슬러리 유입 밸브(44a) 및 제1 해수 배출 밸브(44b), 그리고 양자 모두 폐쇄되는 제1 슬러리 복귀 밸브(44c) 및 제1 해수 유입 밸브(44d)를 구비한다. 수집 기계(16)는, 펌프 챔버(42a) 내에서 상향 화살표의 방향으로 지시되는 바와 같이, 슬러리를 RTP(20)를 통해, 슬러리 유입 라인(47) 내로, 그리고 펌프 챔버(42a) 내로 힘을 가한다. 펌프 챔버(42a)가 가득 찰 때, 제1 슬러리 유입 밸브(44a) 및 제1 해수 배출 밸브(44b)가, 압축 사이클을 도시하는 도 4에 도시된 바와 같이, 폐쇄된다. 이 시점에, 압축 밸브(50)(도 2에 도시됨)는, 해수 공급 라인(46)으로부터의 유동이 방출 압력까지 챔버를 압축하는 것을 허용하기 위해 개방되며, 따라서 슬러리 복귀 밸브(44c)가 개방될 때, 펌프 챔버(42a)가 이미 방출 압력에 놓이기 때문에 급격한 압력 강하가 존재하지 않도록 할 것이다.
다시 도 3을 그리고 특히 중간 펌프 챔버(42b)를 참조하면, 가장 좌측 펌프 챔버(42a)가 가득 차 있는 가운데, 중간 펌프 챔버(42b)는 밖으로 펌핑하고 있는 것이, 확인될 수 있다. 제2 슬러리 복귀 밸브(44e) 및 제2 해수 유입 밸브(44f)가 개방되며, 따라서 해수가, 펌프 챔버(42b)에 진입하며 그리고 화살표에 의해 지시되는 방향으로 하방으로 다이어프램(43)을 밀고, 그로 인해 슬러리를 슬러리 복귀 라인(48) 내로 밀어낸다. 도시된 실시예에서, 다이어프램을 하방으로 밀기 위해 그리고 슬러리를 펌프 챔버(42b)로부터 밀어내기 위해 필요한 요구되는 압력은, 해수에 의해 제공된다. 해수의 체적 유량은, 예를 들어 용적형 펌프(미도시)를 사용하여, 일정하게 유지될 수 있다. 그러한 용적형 펌프는, 일부 실시예에서, PSV(22) 상에 위치하게 될 수 있으며 그리고, 요구되는 일정한 체적 유량으로 슬러리를 이동시키기 위해 요구되는 압력으로의, 압력의 자가 조정을 추가로 허용할 수 있다. 달리 표현하면, 프로세스 조건이 변경될 때, SSLP(18)는, 압력이 변동하는 것을 허용함에 의해 일정한 유량을 유지할 수 있다. 이는, 펌핑 압력이 작업 도중에 슬러리 내의 고형물의 레벨 또는 농도에 의존하여 변할 수 있기 때문에, 유리하다.
도 4를 다시 참조하면, 펌프 챔버(42b) 내의 다이어프램(43)이 펌프 챔버(42b)의 바닥에 인접할 수 있는 낮은 지점에 도달한 이후에, 제2 슬러리 복귀 밸브(44e) 및 제2 해수 유입 밸브(44f)는 폐쇄될 수 있으며, 그로 인해 펌프 챔버(42b) 내부에서 방출 압력을 유지하도록 한다. 제2 슬러리 유입 밸브(44g)가 이 시점에 어떤 외부적 제어 없이 개방되었다면, 압력파가 슬러리 복귀 라인 내로 관통할 수 있으며, 이는 바람직하지 않다. 이를 방지하기 위해, 압축 해제 밸브(50)(도 2에 도시됨)가, 펌프 챔버(42b) 내부의 압력을 슬러리 유입 압력까지 낮추기 위해, 펌프 챔버(42b)와 연관된 모든 해수 밸브 및 슬러리 밸브(44)가 폐쇄될 때, 개방될 수 있다.
마지막으로, 도 5는, 어떻게 사이클들이 맥동 없는 유동을 생성하기 위해 중첩되는지를 도시한다. 도 5에서, 중앙의 펌프 챔버(42b)는, 슬러리에 대해 거의 비어 있다. 행정의 종료에 도달하기 이전에, 제3 슬러리 복귀 밸브(44h) 및 제3 해수 유입 밸브(44i)는, 방출 압력 상승(discharge pressure spike)을 회피하도록, 슬러리가 가장 우측 펌프 챔버(42c) 밖으로 흘러 나가는 것을 허용하기 위해 개방될 수 있다.
일부의 경우에, 특히 이상에 설명된 바와 같은 해저 채굴 작업 도중에, RTP(20)는, 불규칙한 형상의 또는 큰 체적의 고형물들에 의해서와 같이, 폐색되거나 막히게 되는 경향을 갖는다. 일부 폐색은 RTP(20)를 통한 슬러리의 유동이 느려지거나 또는 심지어 정지하도록 야기하기에 충분할 정도로 심각할 수 있다. 그러한 유동의 폐색을 나타낼 수 있는, 슬러리 입구에서의 압력은, 유입 압력 센서(55)에 의해 측정될 수 있다. 이러한 문제점에 대한 하나의 해법은, 일정에 따라 또는 필요에 따라, RTP(20)를 주기적으로 역류 세척하는 것이다. 그러한 역류 세척을 달성하기 위해, 펌프 챔버들(42a-j)과 연관되는 밸브들(44)은, 사전 결정된 순서로 활성화될 수 있다.
예를 들어, 다시 도 2를 참조하면, RTP(20)를 역류 세척하기 위한 하나의 가능한 제어 시퀀스는, 제1 격리 밸브(51)를 폐쇄하는 것, 및 예를 들어 약 2초와 같은 사전 규정된 기간의 시간 동안 대기하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 제2 격리 밸브(53)를 폐쇄하는 것, 및 예를 들어 약 2초와 같은 사전 규정된 기간의 시간 동안 대기하는 것이, 수행된다. 이어서, 해수 공급 라인들(46)로부터의 해수가, 먼저 슬러리 유입 라인들(47) 내로 그리고 후속적으로 RTP(20) 내로, 진입하는 것을 허용하기 위해, 그로 인해 RTP(20)를 역류 세척하기 위해, 역류 세척 밸브(61)를 개방하는 것이, 수행된다. 제1 격리 밸브(51) 및 제2 격리 밸브(53)를 폐쇄하는 것에 대한 하나의 목적은, 펌프 챔버들(42)에 손상을 야기할 수 있는, RTP(20)로 향하는 해수가 펌프 챔버들(42)에 진입하는 것을 방지하는 것이다. 그에 따라 RTP(20)를 역류 세척함에 의해, RTP(20) 내의 폐색이 청소될 수 있으며, 그 후 정상적인 펌핑 작동이, 재개될 수 있다.
비록 본 개시는 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 본 개시의 원리 및 응용에 대한 예시라는 것이, 이해되어야 한다. 따라서, 수많은 수정이, 예시적인 실시예들에 대해 이루어질 수 있다는 것, 및 다른 배열들이, 첨부 특허청구범위에 의해 한정되는 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 안출될 수 있다는 것이, 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 해저면으로부터 물질을 펌핑하기 위한 시스템으로서:
    해저면 상의 물질을 수집하기 위한 해저 생산 도구;
    상기 해저 생산 도구에 의해 수집된 물질을 수용하기 위해 상기 해저 생산 도구와 소통 상태에 놓이는, 해수면 상에 배치되는, 선박;
    상기 선박에 부착되며 해저면을 향해 연장되는 수직관;
    해저면 상에서 수집된 물질을 상기 수직관을 통해 상기 선박으로 펌핑하기 위해 상기 수직관 및 상기 해저 생산 도구와 소통 상태에 놓이는 인양 펌프; 및
    상기 해저 생산 도구와 상기 인양 펌프를 연결하는 수직관 전달 파이프
    를 포함하고,
    상기 인양 펌프는:
    상기 수직관 전달 파이프에 부착되는 슬러리 유입 라인;
    상기 수직관에 부착되는 슬러리 복귀 라인;
    상기 슬러리 유입 라인 및 상기 슬러리 복귀 라인을 통해 상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 수직관 내로 물질을 펌핑하기 위한, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 슬러리 복귀 라인 사이의 펌프 챔버;
    상기 펌프 챔버를 구동하기 위한 해수를 제공하기 위해 상기 펌프 챔버와 유체 소통 상태에 놓이는 해수 공급 라인;
    해수가, 상기 수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위해, 상기 슬러리 유입 라인 및 상기 수직관 전달 파이프에 진입할 수 있도록, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 유체 소통을 선택적으로 허용하기 위한 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 역류 세척 밸브
    를 포함하는 것인, 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 역류 세척 밸브가 개방될 때 상기 펌프 챔버를 상기 역류 세척 밸브로부터 선택적으로 격리하기 위한, 상기 역류 세척 밸브와 상기 펌프 챔버 사이의 격리 밸브를 더 포함하는 것인, 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 슬러리 유입 라인으로 진입하는 슬러리의 압력을 측정하기 위해 상기 슬러리 유입 라인 내에 배치되는 압력 센서를 더 포함하는 것인, 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 위로 상승하는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터 해수를 배출하도록 선택적으로 작동 가능한, 상기 해수 공급 라인에 부착되는 방출 밸브를 더 포함하는 것인, 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방출 밸브는, 상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 아래로 떨어지는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터의 해수의 배출을 방지하도록 폐쇄 가능한 것인, 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 펌프 챔버는 복수의 펌프 챔버를 포함하고, 상기 격리 밸브는 복수의 격리 밸브를 포함하며, 그리고 각각의 격리 밸브는, 별개의 펌프 챔버 또는 펌프 챔버들의 그룹에 대응하는 것인, 시스템.
  7. 해저면으로부터 해수면 상의 선박으로 물질을 펌핑하는 방법으로서:
    a) 생산 도구를 사용하여 해저면으로부터 물질을 수집하는 단계;
    b) 수직관 전달 파이프를 포함하는 수직관으로 상기 생산 도구를 상기 선박에 연결하는 단계;
    c) 상기 생산 도구와 상기 선박 사이에 배치되며 그리고 상기 수직관 전달 파이프에 의해 상기 생산 도구에 부착되는 해저 슬러리 인양 펌프를 사용하여, 상기 생산 도구로부터 상기 선박으로 물질을 펌핑하는 단계; 및
    d) 상기 생산 도구를 향해 상기 수직관 전달 파이프 내로 상기 슬러리 인양 펌프를 통해 해수를 유동시킴에 의해, 상기 수직관 전달 파이프를 역류 세척하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 해저 슬러리 인양 펌프는:
    상기 수직관 전달 파이프에 부착되는 슬러리 유입 라인;
    상기 수직관에 부착되는 슬러리 복귀 라인;
    상기 슬러리 유입 라인 및 상기 슬러리 복귀 라인을 통해 상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 수직관 내로 물질을 펌핑하기 위한, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 슬러리 복귀 라인 사이의 펌프 챔버;
    상기 펌프 챔버를 구동하기 위한 해수를 제공하기 위해 상기 펌프 챔버와 유체 소통 상태에 놓이는 해수 공급 라인; 및
    해수가, 상기 수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위해, 상기 슬러리 유입 라인 및 상기 수직관 전달 파이프에 진입할 수 있도록, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 유체 소통을 선택적으로 허용하기 위한 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 역류 세척 밸브
    를 포함하는 것인, 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    격리 밸브를 사용하여 단계 d) 도중에 상기 역류 세척 밸브로부터 상기 펌프 챔버를 격리하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 해저 슬러리 인양 펌프는:
    상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 슬러리 유입 라인으로 진입하는 슬러리의 압력을 측정하기 위해 상기 슬러리 유입 라인 내에 배치되는 압력 센서; 및
    상기 해수 공급 라인에 부착되는 방출 밸브
    를 더 포함하는 것인, 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 위로 상승하는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터 해수를 배출하기 위해 상기 방출 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 아래로 떨어지는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터의 해수의 배출을 방지하기 위해 상기 방출 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    e) 단계 d)가 완료된 이후에, 해저면으로부터 선박으로의 물질의 펌핑을 재개하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  14. 해저 채굴 작업 도중에 수직관 전달 파이프를 청소하는 방법으로서:
    a) 해저면으로부터 물질을 수집하기 위한 생산 도구, 물질을 운반하기 위한 선박, 및 수직관 전달 파이프를 포함하는 수직관을 통해 상기 생산 도구로부터 상기 선박으로 물질을 펌핑하기 위한 해저 슬러리 인양 펌프를 제공하는 단계; 및
    b) 상기 생산 도구를 향해 상기 수직관 전달 파이프 내로 상기 슬러리 인양 펌프를 통해 해수를 유동시킴에 의해 상기 수직관 전달 파이프를 역류 세척하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 해저 슬러리 인양 펌프는:
    상기 수직관 전달 파이프에 부착되는 슬러리 유입 라인;
    상기 수직관에 부착되는 슬러리 복귀 라인;
    상기 슬러리 유입 라인 및 상기 슬러리 복귀 라인을 통해 상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 수직관 내로 물질을 펌핑하기 위한, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 슬러리 복귀 라인 사이의 펌프 챔버;
    상기 펌프 챔버를 구동하기 위한 해수를 제공하기 위해 상기 펌프 챔버와 유체 소통 상태에 놓이는 해수 공급 라인; 및
    해수가, 상기 수직관 전달 파이프를 역류 세척하기 위해, 상기 슬러리 유입 라인 및 상기 수직관 전달 파이프에 진입할 수 있도록, 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 유체 소통을 선택적으로 허용하기 위한 상기 슬러리 유입 라인과 상기 해수 공급 라인 사이의 역류 세척 밸브
    를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    격리 밸브를 사용하여 단계 b) 도중에 상기 역류 세척 밸브로부터 상기 펌프 챔버를 격리하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 해저 슬러리 인양 펌프는:
    상기 수직관 전달 파이프로부터 상기 슬러리 유입 라인으로 진입하는 슬러리의 압력을 측정하기 위해 상기 슬러리 유입 라인 내에 배치되는 압력 센서; 및
    상기 해수 공급 라인에 부착되는 방출 밸브
    를 더 포함하는 것인, 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 위로 상승하는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터 해수를 배출하기 위해 상기 방출 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 슬러리 유입 라인 내의 유체의 압력이 사전 결정 설정점 아래로 떨어지는 경우, 상기 해수 공급 라인으로부터의 해수의 배출을 방지하기 위해 상기 방출 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    펌핑 작업의 재개에 대한 준비로서 상기 역류 세척 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
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